加酸工艺对配置型酸性含乳饮料稳定性的影响

陶潇杭 李文强 赵 越 吕桂善 欧 凯 李言郡

（杭州娃哈哈科技有限公司研发中心，浙江 杭州 310018）

配置型酸性含乳饮料由于其酸甜、清爽的口感受到广大消费者的喜爱，其原料主要包括奶粉、糖、稳定剂、调酸剂等。含乳饮料在兼具牛奶的营养价值的同时，还可以提高产品的嗜好性以及功能性，在我国有着非常巨大的发展潜力。面对如此庞大的市场需要，如何保证产品质量是赢得消费者信赖的关键。在实际的生产中，我们常常会采用添加稳定增稠剂的方法或者对产品进行均质处理以此来改善产品的稳定性。但一味地增加稳定增稠剂会对产品口感、生产成本产生较大的影响，而单一地进行均质处理也无法完全解决产品稳定性的问题。因此，需要采用其他方式改善配置型酸性含乳饮料的稳定性。

在配置型酸性含乳饮料的生产中，加酸工艺是决定产品稳定性的关键。现在生产上常用的加酸方法为直接倒酸或者喷淋加酸。但这2种方法都难以避免地会出现加酸过快或过慢的现象。加酸速率过快会导致原料中的不耐酸物质变性、降解，加酸速率过慢则会使料液越过等电点的时间延长，导致沉淀率上升。而在线加酸工艺可以使酸更好地扩散至料液中，也可以对产品的稳定性进行改善。此外，实现在线加酸有助于饮料生产企业开发自动化、智能化的饮料生产线，降低由于人工直接倒酸时存在的操作误差以及喷淋加酸时喷淋球设计不合理等因素，给产品品质带来不利影响的风险，是一种极具应用前景的配料工艺。该文将在线加酸工艺应用于配置型酸性含乳饮料的制备过程中，并研究了不同工艺对产品稳定性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

全脂奶粉、脱脂奶粉、乳清蛋白：新西兰恒天然合作社集团有限公司；白砂糖：南宁糖业股份有限公司；羧甲基纤维素钠：浙江三和食品科技有限公司；纯净水：自制；柠檬酸、磷酸、柠檬酸钠、三聚磷酸钠均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Mastersizer2000 粒度分析仪：瑞士万通公司；离心机：德国Eppendorf公司；黏度计：美国Brookfield公司；搅拌器：英国Silverson公司；微型磁力离心泵：：上海芮泉泵业；精密天平：Mettler-Toledo。

1.3 方法

1.3.1 调配型酸性含乳饮料制备工艺

1.3.1.1 主体流程

全脂奶粉+脱脂奶粉+乳清蛋白+白砂糖+羧甲基纤维素钠+纯净水→原料混合→加酸→定容→预热→均质→灌装→杀菌。

1.3.1.2 酸液配置

柠檬酸+磷酸+柠檬酸钠+三聚磷酸钠+纯净水→混合。

1.3.1.3 加酸方式

（1）直接倒酸：配置好的奶液保持搅拌，将混合好的酸液直接倒入搅拌中心，继续搅拌5 min。

（2）喷淋加酸：配置好的奶液保持搅拌状态，将混合好的酸液经自制的喷淋装置加入至奶液，添加完毕后继续搅拌5min。

（3）在线加酸：该加酸方式的示意图如图1所示。酸液经特制的喷嘴进入加酸管道，之后迅速与奶液一起进入磁力离心泵，经磁力离心泵叶轮混合后输出。在该过程中，酸液和奶液的比例始终被控制在所需的比例。输出后的料液搅拌2 min。

图1 在线加酸示意图

1.3.2 产品稳定性的表征方法

1.3.2.1 粒度分布的测定

用Mastersize 2000 粒度分析仪对样品的粒度分布进行检测。理想的稳定体系的粒度分布呈高斯分布状态，其粒度的平均值、中值及最频值恰好处于同一位置。

1.3.2.2 离心沉淀率的测定

离心沉淀率（WHC）是最为直观并且可以体现产品稳定性的一个参数。其检测方法为向离心管中准确添加10 g待测样品，放入离心机。以4 000 r/min速率离心10 min后取出离心管，静置10 min后除去上清液，测得残留沉淀质量为m。每个样品均进行3次平行测定，对结果取平均值。离心沉淀率（WHC）计算公式如式（1）所示。

1.3.2.3 产品黏度的测定

产品黏度的高低会直接影响产品的稳定性。该文采用美国Brookfield公司的黏度计对产品黏度进行检测。检测温度为25 ℃，采用的转子为S18号转子。

2 结果与讨论

2.1 产品粒度分析

图2为直接倒酸、喷淋加酸和在线加酸工艺下所得的产品粒度分布图。表1为3种工艺下的粒度数据。其中D10、D50、D90分别为10 %通过率颗粒直径、50 %通过率颗粒直径、90 %通过率颗粒直径。从图2可以看出，在线加酸样品以及喷雾加酸样品粒度分布呈现为单峰，而直接倒酸样品粒度分布则为双峰。其中，在线加酸样品粒度分布更为集中，且粒度更小。由表1可知，10%通过率的颗粒直径数据中，直接倒酸样品的数值最小；50%通过率以及90%通过率数据中，在线加酸样品的数值最小。

表1 不同加酸工艺所得产品粒度数据

图2 不同加酸工艺所得产品粒度分布图

这样的粒度分布的表现形式是由于在加酸过程中，酸液在奶液中的扩散以及混合共同影响的结果。

在直接倒酸工艺中，酸液集中进入搅拌中心，该部分的酸液和奶液在极短的时间内进行混合，迅速得到一部分过酸但具有较小粒度分布的料液；而其余奶液的加酸过程则需要在剪切机的帮助下与这部分过酸的奶液进行混合，其混合速率较慢，且会在部分区域得到pH值接近于4.6（等电点）的混合液，导致该部分的粒度变大。因此直接倒酸工艺下制备的样品具有较小的D10值，但呈现为双峰。

在喷淋加酸工艺中，酸液以雾状与快速搅拌中的奶液进行混合，其整体混合效果较好，奶液整体以较为均匀的速率与所加入的酸液混合，但由于喷淋加酸的速率有限，其pH值缓慢下降，导致料液在pH接近4.6阶段停留过长时间。因此喷淋加酸工艺下制备的样品具有较为均匀但较大的粒度分布。

在线加酸工艺中，酸液经特制的喷嘴进入加酸管道，之后迅速与奶液一起进入离心泵，经离心泵桨叶混合后输出。在该过程中，酸液和奶液的比例始终被控制在所需的比例。酸液在出喷嘴后初步扩散，进入离心泵经搅拌后迅速混合完全。该过程更好地匹配了酸液在奶液中的扩散速率及混合速率，使酸液在奶液中达到了又快又均匀的混合效果；同时控制两者比例可以避免奶液在pH=4.6阶段产生停留。因此，在线加酸工艺下制备的样品的粒度分布呈现集中且较小的单峰。

2.2 产品离心沉淀率分析

表2为不同加酸工艺产品的黏度以及各阶段离心沉淀结果。从表2中数据可知，在线加酸样品的离心沉淀率最小，其次为直接倒酸样品，喷淋加酸样品的离心沉淀率最差。

表2 不同加酸工艺产品的黏度以及各阶段离心沉淀率

该结果与粒度分布的结果较为吻合。配置型酸性含乳饮料体系为悬浮体系，颗粒的沉降与否可以根据斯托克斯定律进行计算。

u0——沉降速度，m/s；

d——颗粒直径，m；

ρs——颗粒密度，kg/m3；

ρ——流体密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

μ——体系黏度，kg/m·s。

在离心沉淀测定实验中，最终沉淀即饮料中的悬浮微粒。由式（1）可知，其沉降速度和颗粒直径的平方以及颗粒流体密度差成正比，和体系黏度成反比。越稳定的体系，其微粒的沉降速度越小。从表2中可以看出，不同工艺得到的产品黏度差异不大。因此，产品颗粒直径越小，越有利于产品保持稳定。根据2.1中的粒度分布结果可知，产品中大直径颗粒所占比例由大到小依次为喷淋加酸、直接倒酸、在线加酸。其结果与粒度分布结果一致。由此可知，在线加酸工艺可以有效改进产品的稳定性。

对饮料进行高温保温试验可以帮助饮料生产企业在短时间内对产品的长期稳定性有更直观的了解。对所制得样品进行55 ℃保温实验，保温7天、15天后分别进行离心沉淀检测，所得结果见表2。根据表中结果可知，保温后的在线加酸产品的离心沉淀率仍然在0.6 %以下，而其他2组产品在1.5 %以上，甚至高于2 %。由此可知，在线加酸工艺在55 ℃保温状况下同样具有较好的稳定性，可以推断其产品具有长期稳定性。

对所制得的样品室温存放6个月以后进行离心沉淀测定，可以看到，在线加酸产品的稳定性仍然优于其他2组，该结果与55 ℃保温实验的结果一致。

3 结论

在线加酸工艺所制备的配置型酸性含乳饮料粒度小且分布集中，最接近高斯分布。其产品的离心沉淀率比直接倒酸工艺及喷淋加酸工艺制备出的更低，且更耐高温，在保质期内具有更加优秀的产品稳定性。由此可知，在线加酸工艺可以有效地改善配置型酸性含乳饮料的稳定性，是一种具有潜力的饮料制备工艺，为饮料生产的自动化、智能化提供新的可能性。